JP2016194348A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】常に軸受に導電性を持たせることで、安定した導電性能を確保し、ベルトとプーリ間で発生した静電気によるグリース・水分の電位分解で発生した水素浸入や、外内輪電位差発生に伴う絶縁破壊を抑制し、水素脆化を起因とした白色組織変化を伴うはく離を抑制することを現実に可能とする。【解決手段】外輪２と内輪７との間に導電性の接触型の密封シール２１を備えるとともに、密封シール２１の外側にはスリンガ３９を備え、密封シール２１には、スリンガ３９と接触する第四リップ３５が備えられている。導電性グリース４５が軸受内部空間に充填されて外輪２及び内輪７の双方に接触しているとともに、導電性の密封シール２１と導電性のスリンガ３９との間にも導電性グリース４５が封入されて密封シール２１とスリンガ３９の双方にも接触しているため、常時、電気的に通電している。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車の電装部品や自動車エンジン補機用の転がり軸受に関する。

例えば、オルタネータ用軸受などの自動車補機用の転がり軸受にあっては、外輪と内輪との間に複数個の転動体（玉）を組み込むと共に、密封装置を介してグリースを密封してなる転がり玉軸受が主に使用されている。

このような自動車補機用の転がり軸受は、高荷重、高速回転で使用されることが多く、このよう環境下においては、外内輪の軌道面と転動体である玉との間で摩擦が引き起こされることが考えられる。このように摩擦が生じると、摩擦によって新生面が形成され、グリースが化学分解して多量の水素が発生し、この水素が外輪又は内輪の内部に浸入し、水素脆化（亀裂）を起因とした白色組織変化を伴うはく離が引き起こされることがある。

また、このような自動車補機用の転がり軸受にあっては、泥水や雨水などが掛かりやすい環境などの過酷条件下で使用されることから、軸受内に水が浸入することにより水素が発生し、上記同様、水素脆化（亀裂）を起因とした白色組織変化を伴うはく離が引き起こされることがある。

なお、ベルトによりプーリを駆動する際にベルトとプーリとの間に静電気が発生する。このとき、強い振動などが掛かると、外内輪間が導通して外内輪間に大きな電位差が生じ、グリース内に混入し水が電気分解を起こして水素イオンの発生が促進され、前記はく離現象がさらに起こりやすくなる。

転がり軸受の水素脆化を起因とした白色組織変化を伴うはく離を抑制することを目的として提案されている先行技術としては、例えば、特許文献１に示されているように導電性グリースを封入するものや、特許文献２に示されているように導電性保持器を用いているものが提案されている。

しかしながら、前記特許文献１や特許文献２は、グリースの分布状態や、保持器と外内輪の接触状態によって導電性が変化してしまうため、安定した導電特性を得ることが出来ず、さらに過酷な水環境下においてはシール性能不足により軸受内に水が浸入し、その水分の電気分解による水素を起因とした水素脆化による白色剥離が発生する懸念がある。

また、導電性シール、導電性グリースで導電性を持たせ、さらに転動体にセラミックスボールを用いて玉の遠心力を低減し摩擦による新生面の発生を低減している特許文献３に係る先行技術も提案されている。

しかしながら、セラミックスボールは極端に高価であり、特に低コストを要求される自動車用の転がり軸受等には現実的ではなく、前記特許文献３の採用は難しいという課題がある。

特開２００２−１９５２７７号公報 特開２００２―２８６０４０号公報 特開２０１１―２３１７８５号公報

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その課題とするところは、常に軸受に導電性を持たせることで、安定した導電性能を確保し、ベルトとプーリ間で発生した静電気によるグリース・水分の電位分解で発生した水素浸入や、外内輪電位差発生に伴う絶縁破壊（スパーク）を抑制し、水素脆化を起因とした白色組織変化を伴うはく離を抑制することを現実に可能とした転がり軸受を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明は、相対回転可能に配設した外輪と内輪と、
前記外輪に備えた外輪側軌道面と、
前記内輪に備えた内輪側軌道面と、
前記外輪側軌道面と前記内輪側軌道面の間に組み込まれる複数個の転動体と、
前記外輪と前記内輪との間に配設され、軸受内部を密閉する一対の接触型の密封シールと、
少なくとも前記一対の密封シールのうち、一方の密封シールの軸方向外側には、前記内輪に固定されたスリンガを備えている、
転がり軸受において、
前記密封シールは導電性を有する密封シールであって、
前記スリンガは、導電性を有するスリンガであって、
前記密封シールには、前記スリンガと対向する面側に、前記スリンガと接触するリップ部材が突設されており、
前記外輪と前記内輪と前記一対の密封シールによって囲まれた軸受内部空間には導電性グリースが封入されており、
前記密封シールと、前記スリンガと、前記内輪とに囲まれた密閉空間に導電性グリースが封入されていることを特徴とする転がり軸受としたことである。

本発明によれば、導電性を有するスリンガを設けることで、軸受内部への耐水浸入性・耐ダスト浸入性を向上させると共に、スリンガと密封シールの双方を導電性を有するものとし、かつ外輪と内輪と一対の密封シールに囲まれた軸受内部空間と、密封シールとスリンガと内輪とに囲まれた密閉空間に、それぞれ導電性グリースを封入して、常に軸受に導電性を持たせることで、安定した導電性能を確保したため、ベルトとプーリ間で発生した静電気によるグリース・水分の電位分解で発生した水素浸入や外内輪電位差発生に伴う絶縁破壊（スパーク）を抑制し、水素脆化を起因とした白色組織変化を伴うはく離を抑制することができた。

本発明転がり軸受の概略縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態は本発明の一実施形態にすぎず、何等これに限定解釈されるものではなく本発明の範囲内において適宜設計変更可能である。本実施形態では、本発明の一実施形態として図示した転がり玉軸受をもって説明するが、転がり玉軸受に限らず、その他の軸受形式を採用することも可能である。

転がり玉軸受１は、相対回転可能に配設し、内周に外輪側軌道面３を連続して備えた外輪２と、外周に内輪側軌道面９を連続して備えた内輪７と、前記外輪側軌道面３と内輪側軌道面９の間で、保持器１９を介して組み込まれる複数個の転動体１７と、前記外輪２と内輪７との間に配設され、軸受内部を密封する一対の密封シール２１，２１と、軸受内部に封入されるグリース４５とを少なくとも含み、少なくとも一方の密封シール２１の軸方向外側にはスリンガ３９を備えて構成されている（図１参照。）。

密封シール２１は、略円環状に形成された芯金３７と、芯金３７を覆って略円環状に一体に構成される弾性部２２で形成されており、外周部２３側を外輪１のシール溝５に固定して配設している。

密封シール２１は、外周部２３から連続して形成される円板部２５と、円板部２５の内径端部から連続して形成されるリップ部２７とを有し、リップ部２７には、最も小径の第一リップ２９と、第一リップ２９に比して大径の第二リップ３１と、第二リップ３１に比して大径の第三リップ３３を一体に形成している。
また、本実施形態では、外周部２３寄りの円板部２５の外面に、第三リップ３３と比して大径の第四リップ３５を一体に形成している。

第一リップ２９は、内輪７の外周面の端部に設けられている段部１１の径方向環状面部１５に軸方向外側から所定の締め代をもって摺接するように、軸方向内方に向けて環状に突設して形成されている。
第二リップ３１は、第一リップ２９の径方向外側に配設され、径方向環状面部１５に軸方向外側から所定の締め代をもって摺接するように、軸方向内方に向けて環状に突設して形成されており、第一リップ２９と第二リップ３１と径方向環状面部１５に囲まれた環状領域４９が形成されている。
第三リップ３３は、円板部２５の内径端部から軸方向で内方に向けて環状に突設して形成され、内輪７の外周面と段部１１との間で非接触のシール領域（ラビリンス隙間）４７を形成している。

第四リップ３５は、円板部２５の外面から軸方向外向きに環状に突設して形成されており、スリンガ３９の円環部４３の軸方向内側面に所定の締め代をもって摺接している。
なお、密封シール２１の形状、リップの数、各々のリップの摺動部位等は図示形状に限定されるものではない。

前記第一リップ２９、第二リップ３１、第三リップ３３及び第四リップ３５を含め、密封シール２１の弾性部２２は、ゴムなどの軟質弾性材に導電性物質を添加して構成し、導電性シールとして機能する。

導電性を有する弾性部２２は、例えば、任意のゴム材に、導電性粒子としてのカーボンブラックと導電性繊維を所望量混入形成したものを本実施形態では想定している。
ゴム材料としては、一般的にシール材料として用いられる二トリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム等、適宜選択可能である。

導電性粒子としては、上記カーボンブラックに代えてグラファイトやインジウム／スズ酸化物、アンチモン／スズ酸化物などの導電性金属酸化物を使用することもでき、それらの材料が適宜選択可能である。導電性繊維としては、ステンレス繊維、炭素繊維（カーボンファイバー、カーボンチュウブ）、あるいはチタン酸カリウムにメッキした導電性繊維（例えば大塚化学社製）を使用することができる。また、導電性繊維の太さ、長さは任意のものを選択可能である。

ゴム材料に混入される導電性粒子と導電性繊維の総量は、好ましくはゴム材料に対して２０〜１２０質量％である。導電性粒子と導電性繊維の総量が２０質量％より少ないと、十分な導電性を得ることができず、１２０質量％以上含有すると、十分な弾性が得られなくなる。

以上のように、導電性粒子であるカーボンブラックと導電性繊維とを所望量混入した導電性の弾性部２２により芯金３７を被覆して導電性の密封シール２１を形成したため、カーボンブラック同士の繋がりが導電性繊維で補強され、その結果、電気絶縁抵抗の大きさを表す体積抵抗率を０．１〜１Ω・ｃｍ程度に低下できる。

スリンガ３９は、内輪７の段部１１を構成している軸方向環状面部１３に圧入される円筒部４１と、円筒部４１の軸方向外側端部から径方向外側に連続して形成される円環部４３とで構成されている。
そして、スリンガ３９は、導電性を有する金属製であり導電性スリンガとして機能する。
なお、スリンガ３９の形状は特に図示形状に限定解釈されるものではなく本発明の範囲内で設計変更可能である。

グリース４７は、導電性グリースであって、外輪２と内輪７と一対の密封シール２１，２１によって囲まれた軸受内部空間に封入されるとともに、環状領域４９、及び密封シール２１とスリンガ３９と内輪７とに囲まれた密閉空間にも封入されている。

導電性グリース４７に使用される基油は特に限定されず、通常潤滑油の基油として使用されている油は全て使用することができる。但し、低温流動性不足による低温起動時の異音が発生せず、特に２００℃を超えるような高温に対する耐久性を考慮すると、好ましくは４０℃における動粘度が３０〜２５０ｍｍ２／ｓｅｃ、更に好ましくは５０〜２００ｍｍ２／ｓｅｃである合成潤滑油が望ましい。４０℃における動粘度が３０ｍｍ２／ｓｅｃ未満では、２００℃を超えるような高温において十分な油膜を形成し難く、金属接触を引き起こして早期に焼付きを起こしやすくなる。一方、４０℃における動粘度が２５０ｍｍ２／ｓｅｃを超える場合は、グリースの攪拌抵抗が大きくなり、発熱量が大きくなるため、転がり軸受の各要素（内輪、外輪、転動体）が膨張して内部隙間が減少して異常摩耗や焼付きを起こしやすくなる。また、低温時の流動性にも劣り、自動車電装部品やエンジン補機用転がり軸受としての低温起動性を十分に満足するのが困難になる。

合成潤滑油としては、炭化水素系油、芳香族系油、エステル系油、エーテル系油等が挙げられる。前記炭化水素系油としては、ノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンコオリゴマーなどのポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物などが挙げられる。前記芳香族系油としては、モノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、などのアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレンなどのアルキルナフタレンなどが挙げられる。前記エステル系油としては、ジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルシノレートなどのジエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテートなどの芳香族エステル油、さらにはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネートなどのポリオールエステル油、さらにはまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油などが挙げられる。前記エーテル系油としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテルなどのポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテルなどのフェニルエーテル油などが挙げられる。
その他の合成潤滑基油としてはトリクレジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテルなどが挙げられる。これらの合成潤滑油は、単独または混合物として用いることができ、上述した好ましい動粘度に調整される。

また、特に高温耐久性を損なわない範囲において、鉱油や天然油系の潤滑油を併用することもできる。尚、鉱油系潤滑油としては、鉱油を減圧蒸留、油剤脱れき、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱蝋、硫酸洗浄、白土精製、水素化精製等を、適宜組み合わせて精製したものを用いることができる。
天然油系潤滑油としては、牛脂、豚脂、大豆油、菜種油、米糠油、ヤシ油、パーム油、パーム核油等の油脂系油またはこれらの水素化物が挙げられる。

そして、軸受内外輪間の電位差を除去し、剥離現象を防止するために、導電性粉末を添加する。導電性粉末は特に制限されるものではないが、高温まで導電性を維持できること、グリースの潤滑性を損なわないこと等を考慮すると、カーボンブラックもしくはカーボンナノチューブ等の炭素系粉末を好適に使用できる。
カーボンブラックは、平均粒径が５μｍ以下のものが好ましく、２μｍ以下のものがより好ましい。最も好ましくは、１０〜３００ｎｍの平均粒径であるものを使用する。このようなカーボンブラックは市場からも入手でき、例えばライオンアクゾ社のケッチェンブラックＥＣ及びケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ等が挙げられる。カーボンナノチューブは、Ｃ６０、Ｃ７０のフラーレンをはじめ、直径が１５ｎｍ以下、長さが５μｍ以下のものが好適に使用できる。好ましくは、直径が１０ｎｍ以下長さ２μｍ以下のものを使用する。
このようなカーボンナノチューブは市場からも入手でき、例えば昭和電工社製カーボンナノファイバーＶＧＣＦ等が挙げられる。

これら導電性粉末の添加量は、グリース組成物全量の０．５〜５質量％が好ましい。添加量が０．５質量％以下では添加効果が得られず、５質量％を越えるとグリースの流動性が悪くなり、焼付き寿命が低下するおそれがあるため好ましくない。また、前記平均粒径もしくは長さが２μｍを越えると、軸受の音響性能に影響を及ぼす場合がある。

また、潤滑性能をより一層高めるために、必要に応じて摩耗防止剤、酸化防止剤、防錆剤、極圧剤、油性剤、金属不活性剤、粘度指数向上剤、清浄分散剤等を単独で、もしくは適宜組み合わせてグリースに添加することにより、軸受損傷を抑え、安定した導電性寿命をグリースに付与することができ、剥離寿命を延長することができる。そして、導電性の経時的な低下をさらに長期にわたって抑えるためには、摩耗防止剤と油性剤とを併用することが好ましい。特に、摩耗防止剤としては、亜リン酸エステル、油性剤として、カルボン酸無水物を用いた場合は、導電性の経時的な低下を抑える効果が特に優れている。

従って、本実施形態によれば、前記導電性グリース４５が外輪２及び内輪７の双方に接触しているとともに、導電性の密封シール２１が外輪２及び内輪７の双方に接触し、さらに導電性の密封シール２１と導電性のスリンガ３９との間も第四リップ３５によって接触しているとともに、導電性の密封シール２１と導電性のスリンガ３９との間に封入されている導電性グリースが密封シール２１とスリンガ３９の双方にも接触して、常時電気的に通電されて軸受の導電性を確保している。
また、密封シール２１には、スリンガ３９と接触する第四リップ３５を設けているため、密封シール２１とスリンガ３９との間に充填した導電性グリース４５の飛散を防止するとともに、軸受内部への水・異物浸入性を向上させる効果がある。

本発明は、自動車の電装部品、カーエアコン用電磁クラッチ等に使用される転がり軸受に利用可能である。

１ 転がり軸受
２ 外輪
３ 外輪側軌道面
５ シール溝
７ 内輪
９ 内輪側軌道面
１７ 転動体
１９ 保持器
２１ 密封シール
３７ 芯金
３９ スリンガ
４５ グリース

Claims (1)

1. 相対回転可能に配設した外輪と内輪と、
   前記外輪に備えた外輪側軌道面と、
   前記内輪に備えた内輪側軌道面と、
   前記外輪側軌道面と前記内輪側軌道面の間に組み込まれる複数個の転動体と、
   前記外輪と前記内輪との間に配設され、軸受内部を密閉する一対の接触型の密封シールと、
   少なくとも前記一対の密封シールのうち、一方の密封シールの軸方向外側には、前記内輪に固定されたスリンガを備えている、
   転がり軸受において、
   前記密封シールは導電性を有する密封シールであって、
   前記スリンガは、導電性を有するスリンガであって、
   前記密封シールには、前記スリンガと対向する面側に、前記スリンガと接触するリップ部材が突設されており、
   前記外輪と前記内輪と前記一対の密封シールによって囲まれた軸受内部空間には導電性グリースが封入されており、
   前記密封シールと、前記スリンガと、前記内輪とに囲まれた密閉空間に導電性グリースが封入されていることを特徴とする転がり軸受。

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